CA1257994A - Piece de reception a fibre optique pour dispositif de couplage et procede de realisation d'un tel dispositif - Google Patents
Piece de reception a fibre optique pour dispositif de couplage et procede de realisation d'un tel dispositifInfo
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Abstract
Pièce de réception à fibre optique pour dispositif de couplage et procédé de réalisation d'un tel dispositif La pièce de réception de fibre optique pour dispositif de couplage, notamment pour système de transmission, est monobloc et comporte une rainure convexe (2) de réception de fibre, ménagée dans une première face de la pièce, dans un premier plan de symétrie. Elle comporte également une surface de référence dressée (6-8 ou 5) parallèle au premier plan de symétrie ainsi qu'une seconde surface de référence (3) perpendiculaire au premier plan de symétrie et à un second plan de symétrie orthogonal au premier, située à proximité de la rainure (2). (Fig. 1) 217 82 01 9.3.83.9.
Description
Pièce ~e réception à fibre ol!tique pour ~Ispositif de co~lpl~ge et procédé de réalisl t i o.n d~un tel dispositif l'invention concerne les ~ispositifs de couplage de fibres ~ptiques utilisables notamment pour constituer des systèmes de transmission sur fibres optiques.
Il existe a l'heure actuelle des perspectives d'utili-sation de systèmes de transmission sur fibres optiques qui impliquent de disposer de coupleurs permettant de remplir diverses fonctions, en particulier de raccorder des systemes 10, à N branches vers des systèmes à N branches ou P branches (N Pt P étant des entiers). Il faut, de plus, que les dispositifs de collnlage, qui seront nécessaires à des millions d'exemplaires, soient si~ples, reproductibles, robustes, peu coûteux et faciles à mettre en oeuvre sans exiger des micromanipulations d'ajustage. Il est de plus souhaitable qu'ils présentent une grande souplesse d'adaptation et une possibilité d'intégration de composants optoélectroniques. Enfin, il est souhaitable que l'encombrement soit faible pour faciliter leur intégra-tion dans un ensemble.
Les disDositifs de couplage existant actuellement ne répondent que tr~s imDarfaitement à ces exigences. On connait notamment (EP-A-OO 38023) un dispositif associant deux pi~ces monobloc de réception de fibre optique.
Chaque pièce est du type comportant une rainure convexe de réceDtion de fibre, ménagée dans une première face de la piece, dans un premier olan de symétrie. La pièce est en quartz ou en si!icium et elle doit êtr?
usinée, ce qui rend son coût prohibitif et ne permet uas d'arriver à~ une précision de localisation suffisante pour autoriser la mise en place en aveugle et sans tâtonnement. La reproductibilité est difficile à assurer.
L'invention vise à fournir un dispositif de couplage répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il utilise un composant de base constitué par une pièce réceptrice de coût faible, réalisable par des procédés Industriels, de grande souplesse d'utilisation et assurant une précision de mise en place ` satisfaisante.
Dans ce but, I'invention propose notamment une pièce de réception de fibre optique pour dispositif de couplage, du type ci-dessus défini, caractérisée en ce qu'elle comporte une sur-3~
..
~ 25 7 9 9
Il existe a l'heure actuelle des perspectives d'utili-sation de systèmes de transmission sur fibres optiques qui impliquent de disposer de coupleurs permettant de remplir diverses fonctions, en particulier de raccorder des systemes 10, à N branches vers des systèmes à N branches ou P branches (N Pt P étant des entiers). Il faut, de plus, que les dispositifs de collnlage, qui seront nécessaires à des millions d'exemplaires, soient si~ples, reproductibles, robustes, peu coûteux et faciles à mettre en oeuvre sans exiger des micromanipulations d'ajustage. Il est de plus souhaitable qu'ils présentent une grande souplesse d'adaptation et une possibilité d'intégration de composants optoélectroniques. Enfin, il est souhaitable que l'encombrement soit faible pour faciliter leur intégra-tion dans un ensemble.
Les disDositifs de couplage existant actuellement ne répondent que tr~s imDarfaitement à ces exigences. On connait notamment (EP-A-OO 38023) un dispositif associant deux pi~ces monobloc de réception de fibre optique.
Chaque pièce est du type comportant une rainure convexe de réceDtion de fibre, ménagée dans une première face de la piece, dans un premier olan de symétrie. La pièce est en quartz ou en si!icium et elle doit êtr?
usinée, ce qui rend son coût prohibitif et ne permet uas d'arriver à~ une précision de localisation suffisante pour autoriser la mise en place en aveugle et sans tâtonnement. La reproductibilité est difficile à assurer.
L'invention vise à fournir un dispositif de couplage répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il utilise un composant de base constitué par une pièce réceptrice de coût faible, réalisable par des procédés Industriels, de grande souplesse d'utilisation et assurant une précision de mise en place ` satisfaisante.
Dans ce but, I'invention propose notamment une pièce de réception de fibre optique pour dispositif de couplage, du type ci-dessus défini, caractérisée en ce qu'elle comporte une sur-3~
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~ 25 7 9 9
- 2 -face de référence dressée parallèle ~ premier plan de symétrie ainsi qu'une surface de référence perpendiculaire au premier plan de symétrie et à un second plan de symétrie orthogonal au premier, située à proxi-mité de la rainure, les surfaces de référence étant venues de moulage.
La pièce est fabriquée par moulage, avantageusement en résine à
faible retrait (résine métacrylate bi-composant oar exemple) chargée en silice, de grand~ dureté. La teneur en silice sera généralement de l'ordre de 80% et la granulométrie peut être de l'ordre de lO ~m.
La seconde surface de rétérence peut notamment être constituée par la surface d'une encoche prévue dans la pre-mière surface de la pièce, à proximité de la zone centrale de la rainure, zone dans laquelle sera retenue la fibre optique. La rainure aura avantageusement un profil en V, permettant une localisation précise de la fibre.
Deux faces de référence suppl~mentaires sont symé-triques l'une de l'autre par rapport au second plan de symétrie, transversal à la rainure. Une face de la pièce opposée à celle dans laquelle est pratiquée la rainure ser-vira également de référence d'orientation de la pièce. Par contre, dans la plupart des cas, sa distance à la rainure n'aura pas à être définie avec un degré de précision élevé.
La pièce qui vient d'être définie est d'utilisation très souple et, en particulier, elle permet de réaliser indifféremment un coupleur à deux branches et un coupleur de deux vers un.
Dans un premier procédé de réalisation d'un dispositif de couplage, la pièce de réception, préalablement munie d'une fibre, est coupée en deux moitiés qui sont ensuite mises en vis-à-vis, réalisant ainsi une restitution par apairage~ L'ensemble ainsi réalisé présente une face fron-tale avec deux tronçons de fibre parfaitement référencés : a cette face peut être adjoint un dispositif de centrage qui recevra directement l'embout de connecteur de liaison avec une ligne optique. On réalise ainsi un coupleur à deux branches.
On peut également réaliser un coupleur à quatre bran-ches en accolant deux pièces de réception portant des tron-çons de fibre optique, après découpe de la partie haute ~2S79g~
des pièces suivant un plan per~)endiculaire aux deux plans de symétrie de la pièce, de fa~on à assurer un bon contact entre les fibres. Enfin, les pièces ou deux demi-pièces accolées peuvent être mises en place dans un boîtier de constitution simple.
Quel que soit le mode d'exécution adopté, on constitue ainsi un composant disposant d'au moins une sortie optique et pouvant avoir une ou plusieurs sorties électriques, lors-que des éléments optoélectroniques sont placés sur la pièce (qui peut être munie de dispositif de centrage assurant leur mise en place précise). Un tel composant est aisément intégrable à une ligne complète de transmission par fibre optique et trouve de nombreuses applications, notamment dans les systèmes de télécommunication, qui peuvent véhiculer des services très divers, tels que télématique, télévision et visiophone. L'invention trouve même un intérêt tout particu-lier dans ce dernier cas, car elle permet de séparer aisément la fonction télématique de la fonction télévision et visio-phone afin d'obtenir un réseau modulaire et évolutif.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers d'exécution de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels :
- la ~igure 1 est une vue en perspective d'une pièce moulée de reception de fibre optique suivant un mode particu-lier de réalisation de l'invention ;
- la Figure 2 est une vue de principe montrant l'arasement de la fibre en place dans la pièce par sciage longitudinal perpendiculairement aux deux plans de symétrie ;
- la Figure 3 est une vue de principe montrant un dispositif utilisable pour mettre en place et coller la fibre dans la pièce ;
- les Figures 4A et 4B sont desschémas, respectivement en élévation et en vue de dessus, montrant les surfaces de référence et les emplacements de sciage au cours de la réa-lisation d'un dispositif de couplage utilisant une pièce du genre montré en Figure l ;
- les Figures 5A et 5b sont des schémas de principe ~25799~
respectivement en élévation et en bout, montrant un disposi-tif de couplage obtenu après tronçonnage de la pièce en deux moitiés et mise en vis-à-vis des deux moitiés ;
- la Figure 6 est une vue schématique en élévation, 5 montrant un dispositif de couplage de deux fibres obtenu par mise en vis-à-vis de deux pièces qui ont subi uniquement un sciage long}tudinal du genre montré en Figure 2 ;
- les Figures 7A et 7B montrent, respectivement en coupe suivant les lignes A-A et B-B, un dispositif de cou-10 plage comportant un boîtier et deux demi-pièces en regard, - les Figures 8 et 9 sont des schémas de montage en boîtier.
La pièce de base 20 montrée en Figure 1 est prévue pour être fabriquée par moulage d'une résine à faible retrait, 15 éventuellement chargée. On connaît de telles résines (par exemple celle vendue sous la référence "ADAPTIC" par JOHNSON & JOHNSON ) dont le retrait ne dépasse pas 0,2 x 10 2 et dont la polymérisation est rapide.
Cette pièce 20 présente un plan de symétrie longitu-20 nal et un plan de symétrie tranversal orthogonaux. Une pre-mi~re face de la pièce, symétrique par rapport aux deux plans et qu'on appellera par la suite "face de travail" 22, est destinée à recevoir une fibre 21 à coupler (Figures 2 et
La pièce est fabriquée par moulage, avantageusement en résine à
faible retrait (résine métacrylate bi-composant oar exemple) chargée en silice, de grand~ dureté. La teneur en silice sera généralement de l'ordre de 80% et la granulométrie peut être de l'ordre de lO ~m.
La seconde surface de rétérence peut notamment être constituée par la surface d'une encoche prévue dans la pre-mière surface de la pièce, à proximité de la zone centrale de la rainure, zone dans laquelle sera retenue la fibre optique. La rainure aura avantageusement un profil en V, permettant une localisation précise de la fibre.
Deux faces de référence suppl~mentaires sont symé-triques l'une de l'autre par rapport au second plan de symétrie, transversal à la rainure. Une face de la pièce opposée à celle dans laquelle est pratiquée la rainure ser-vira également de référence d'orientation de la pièce. Par contre, dans la plupart des cas, sa distance à la rainure n'aura pas à être définie avec un degré de précision élevé.
La pièce qui vient d'être définie est d'utilisation très souple et, en particulier, elle permet de réaliser indifféremment un coupleur à deux branches et un coupleur de deux vers un.
Dans un premier procédé de réalisation d'un dispositif de couplage, la pièce de réception, préalablement munie d'une fibre, est coupée en deux moitiés qui sont ensuite mises en vis-à-vis, réalisant ainsi une restitution par apairage~ L'ensemble ainsi réalisé présente une face fron-tale avec deux tronçons de fibre parfaitement référencés : a cette face peut être adjoint un dispositif de centrage qui recevra directement l'embout de connecteur de liaison avec une ligne optique. On réalise ainsi un coupleur à deux branches.
On peut également réaliser un coupleur à quatre bran-ches en accolant deux pièces de réception portant des tron-çons de fibre optique, après découpe de la partie haute ~2S79g~
des pièces suivant un plan per~)endiculaire aux deux plans de symétrie de la pièce, de fa~on à assurer un bon contact entre les fibres. Enfin, les pièces ou deux demi-pièces accolées peuvent être mises en place dans un boîtier de constitution simple.
Quel que soit le mode d'exécution adopté, on constitue ainsi un composant disposant d'au moins une sortie optique et pouvant avoir une ou plusieurs sorties électriques, lors-que des éléments optoélectroniques sont placés sur la pièce (qui peut être munie de dispositif de centrage assurant leur mise en place précise). Un tel composant est aisément intégrable à une ligne complète de transmission par fibre optique et trouve de nombreuses applications, notamment dans les systèmes de télécommunication, qui peuvent véhiculer des services très divers, tels que télématique, télévision et visiophone. L'invention trouve même un intérêt tout particu-lier dans ce dernier cas, car elle permet de séparer aisément la fonction télématique de la fonction télévision et visio-phone afin d'obtenir un réseau modulaire et évolutif.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers d'exécution de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels :
- la ~igure 1 est une vue en perspective d'une pièce moulée de reception de fibre optique suivant un mode particu-lier de réalisation de l'invention ;
- la Figure 2 est une vue de principe montrant l'arasement de la fibre en place dans la pièce par sciage longitudinal perpendiculairement aux deux plans de symétrie ;
- la Figure 3 est une vue de principe montrant un dispositif utilisable pour mettre en place et coller la fibre dans la pièce ;
- les Figures 4A et 4B sont desschémas, respectivement en élévation et en vue de dessus, montrant les surfaces de référence et les emplacements de sciage au cours de la réa-lisation d'un dispositif de couplage utilisant une pièce du genre montré en Figure l ;
- les Figures 5A et 5b sont des schémas de principe ~25799~
respectivement en élévation et en bout, montrant un disposi-tif de couplage obtenu après tronçonnage de la pièce en deux moitiés et mise en vis-à-vis des deux moitiés ;
- la Figure 6 est une vue schématique en élévation, 5 montrant un dispositif de couplage de deux fibres obtenu par mise en vis-à-vis de deux pièces qui ont subi uniquement un sciage long}tudinal du genre montré en Figure 2 ;
- les Figures 7A et 7B montrent, respectivement en coupe suivant les lignes A-A et B-B, un dispositif de cou-10 plage comportant un boîtier et deux demi-pièces en regard, - les Figures 8 et 9 sont des schémas de montage en boîtier.
La pièce de base 20 montrée en Figure 1 est prévue pour être fabriquée par moulage d'une résine à faible retrait, 15 éventuellement chargée. On connaît de telles résines (par exemple celle vendue sous la référence "ADAPTIC" par JOHNSON & JOHNSON ) dont le retrait ne dépasse pas 0,2 x 10 2 et dont la polymérisation est rapide.
Cette pièce 20 présente un plan de symétrie longitu-20 nal et un plan de symétrie tranversal orthogonaux. Une pre-mi~re face de la pièce, symétrique par rapport aux deux plans et qu'on appellera par la suite "face de travail" 22, est destinée à recevoir une fibre 21 à coupler (Figures 2 et
3). Dans cette face de travail 22 est ménagée une rainure 25 en vé 2. La rainure 2, dont l'axe est dans le plan médian (plan de symétrie longitudinal), a, dans la zone proche du plan de symétrie transversal, un rayon de courbure choisi en fonction des caractéristiques de la fibre 21 à coupler (saut ou gradient d'indice, diamètre de coeur, etc.) et des 30 conditions d'injection en cas d'intégration d'un composant optoélectronique (diode laser ou diode électroluminescente) afin d'assurer le couplage et de minimiser l'incidence d'une réflexion dans la seconde branche du coupleur. Les critères de choix de ce rayon sont connus et n'ont donc pas à être 35 donnés ici. Enfin, la qualité du vé (dimension, état de surface, angle) est importante pour garantir un sciage avec un taux de réussite maximum.
Une optimisation conduit à adopter~ pour une fibre de 125~m de diamètre extérieur, un vé ayant une hauteur de 200~,m et un angle d'environ 9O.
L'emplacement de la rainure 2 doit être défini avec ~25799 précision Dar rapport à plusieurs surfaces (ou jeux de surfaces) de r~F~rence Drevues sur 1~ pièce 20, afin de permettre l'utilisation ultérieure de la pi~ce 1ans un dispositif de coupla~.
Le moulage permet d'arriver à une précision de l'ordre de l ~m.
Une première surface de référence 3, dont le rôle est essentiel, est prévue perpendiculairement aux deux plans de symétrie et à proximité de la zone centrale de la rai-nure. Cette proximité et l'utilisation d'une résine à
faible retrait permettent de fractionner la pièce et la 0 fibre en deux moitiés par sciage avec une grande précision.
Pratiquement, I'emplacement de la fibre 21 par rapport à
la surface de la pièce sera reproductible au micron près.
Une seconde surface plane de référence 4, 3 I'opposé
de la face de travail 22, constitue le fond de la pièce.
Elle permet de donner à la pièce 20 une orientation correcte dans un montage de sciage comprenant un socle 24, comme on le verra plus loin (Figures 2 3 4). Elle doit être parallèle à la surface 3 mais leur écartement b n'a pas besoin d'être maintenu avec une précision élevée.
Une surface plane latérale S, qui peut se réduire 3 trois plots d'appui 6, 7 et 8 sur chaque demi-pièce, doit être parall~le au plan longitudinal de symétrie et située 3 une distance c de ce dernier. Une bonne précision sur c est obtenue sans difficulté par moulage, du fait de la faible valeur de c, comparée à b. On verra que cette précision est nécessaire pour réaliser un dispositif de couplage à deux branches vers deux, qui implique d'accoupler deux pièces 20 placées en regard. Dans le cas d'un dispositif 3 deux bran-ches, utilisant les deux moitiés d'une pièce tronçonnée dans le plan transversal de symétrie, la planéité de la surface 5 suffit au contraire à assurer une mise en place satisfai-sante.
Enfin, deux surfaces planes 9 et lû de la pièce, symétriques et perpendiculaires aux surfaces 4 et 5, per-mettent de définir le plan de symétrie transversal dans lequel doit être sciée la pièce 20 pour constituer un dis-positif de couplage à deux branches. Elles peuvent etre complétées par des pans obliques munis de cavités ll et 125799~
12 obtenues lors du moulage e~ destinées à servir de référence de mise en place de composants optoélectroniques.
Du fait de la faible distance entre la rainure en vé 2 et les cavités, leur position relative est reproductible avec précision. Les deux surfaces 9 et 10, perpendiculaires aux surfaces 5 et 4, sont utilisées dans le montage de sciage pour effectuer un sciage centré au milieu de la pièce. Ce sciage,représenté par les axes yy' et zz',est effectué par enlèvement d'une quantité minimum de matière correspondant à l'épaisseur d'un disque abrasif, dont l'épaisseur e pourra être de 0,2 mm. Une précision de quelques centièmes de milli-mètre sur l'emplacement de la coupe est suffisante : elle correspond donc à des techniques de moulage et d'usinage traditionnelles.
On verra que les cavités 11 et 12, dont la production par moulage assure une position déterminée par rapport à la rainure en vé 2 et donc par rapport à la fibre, servent de référence pour insérer, avec une précision suffisante pour obtenir un couplage correct, des composants optoélectroniques tels que, par exemple, une diode électroluminescente et une photodiode. Les surfaces mises en jeu dans de tels composants ne nécessitent pas, pour obtenir un couplage suffisant pour des applications de transmission à bas débit numérique, des précisions draconiennes. Des précisions de l'ordre de quelques ~m, voire de quelques 1/100 de mm, sont suffisantes.
Au stade industriel de fabrication de tels composants, il est relativement aisé de centrer la partie active du compo-sant par rapport à un dispositif de référence qui viendra s'adapter à la cavité réceptrice du dispositif objet de I'invention.
Les cavités 11 et 12 peuvent également être utilisées, lors du sciage, pour préparer les faces d'extrémité des fibres dans un plan perpendiculaire à l'axe de celles-ci (plan AB et plan CD sur la Figure 1).
Les opérations à effectuer sur la pièce 20 pour mettre en oeuvre l'invention seront différentes suivant le type de couplage à réaliser. Dans le cas le plus complexe, ces opérations comporteront :
- un enlèvement de matière dans la pièce 20 et la .
.
.
. . : .
fibre préalablement fixae su~ celle-ci, jusqu'à un plan longitudinal, à une cote prédéterminée par rapport à la surface de référence 3, - un sciage des faces d'extrémité des tronSons de fibre, - un sciage de la pièce moulée 20 pour en constituer deux demi-pièces.
L'opération d'abrasion est schématisée en Figure 2.
L'abrasion s'effectue à une cote précise d sans difficulté
à l'aide d'un disque tournant 3 grande vitesse. Une touche 26 prenant appui sur la surface de référence 3 et solidaire du bâti supportant le disque permet d'assurer la précision nécessaire. L'état de surface obtenu est proche de celui d'un polissage. Pour obtenir des caractéristiques complète-ment équivalentes à celles d'une face polie mécaniquement, on introduira un liquide,d'indice supérieur à celui du matériau constitutif de la fibre (silice en général), entre IQS tronçons de fibre en contact. Ce liquide d'adaptation d'indice pourra notamment atre une graisse, une colle ou une huile au silicone.
Le sciage de la fibre 21 pour réaliser deux tronçons ayant des faces d'extrémité acceptables peut s'effectuer sur un montage du genre montré en Figure 3. La fibre 21 est d'abord plaquée au fond de la rainure en vé 2 à l'aide d'un système appliquant une tension de quelques dizaines de grammes. Dans le mode de réalisation illustré, ce système comporte deux poulies 27 de renvoi de fils de traction.
Il faut remarquer au passage que la fibre 21 peut être, soit dégainée, soit même revêtue d'un revêtement de quelques microns d'épaisseur, dans la mesure où celui-ci est bien concentrique à la fibre. Or, on sait parfaitement réaliser des fibres revêtues dans de telles conditions en longueur limitée à quelques centaines de mètres, ce qui est suffisant pour constituer un grand nombre de coupleurs. En clair, il est possible de travailler à partir de fibres gainées, ce qui représente un gros avantage darls la fabrication industrielle ; automatisée, la fibre n'étant pas fragilisée par dégainage, et pouvant avoir une durée de vie garantie.
L'encollage de la fibre 21 dans la rainure en vé
2 sera avantageusement réalisé à l'aide de la même résine ... ~ . . ...... . -. -............ ~ , .
. .
i2s79g~
que la résine de fabrication de la pièce 20, ce qui donne une liaison étroite entre les matériaux. Cette résine, de grande dureté et de faible retrait, se~a non chargée, alors que la pièce est chargée, par exemple par des microbilles de silice. Pour avoir un rendement industriel suffisant, on adoptera une résine poly-mérisant en un temps bref, typiquement 1 à 4 minutes. Natu-rellement, plusieurs montages du genre illustré en Figure 3 peuvent être placés en parallèle, pour augmenter le rende-ment. Le remplissage en colle doit être suffisant pour atteindre les extrémités de la résine en vé, comme indiqué en 28 sur la figure 3, et déborder de la rainure dans la partie centrale, comme indiqué en 29.
- Le sciage de la pièce et de la fibre pourra être effectué sur une machine automatique (FR-A-~l 237~1), avec des gaba-rits de réception de la pièce. Les plans de sciage ou d'abrasion 30 pourront être parfaitement déterminés dans le montage grâce à des touches ou butées schématisées en 31, 32 et 33 sur les Figures 4A et 4B, s'ajoutant à la touche 26 déjà montrée en Figure 2.
Une fois les sciages effectués, on peut constituer un coùpleur à deux branches par mise en vis-à-vis des deux demi-pièces 13 et 14, comme montré en Figures 5A et 5B.
Du fait que les deux demi-pièces ont été obtenues par sciage transversal dlùne même pièce et que le couplage s'effectue en retournant les deux demi-pièces sur leur plan de réfé-rence, on met automatiquement les deux tronçons de fibre 21a et 21b en vis~à-vis : la cote c est garantie par un simple parallélisme de la rainure en vé et de la surface de référence. Llajustement longitudinal , dont llinfluence sur llefficacité du coupleur est limitée, est simplement réalisé
par mise en but~e des deux faces sciées 15 et 16 contre un même plan 17 (Figure SA).
Lorsqu'on souhaite réaliser un coupleur à deux branches vers deux, il n'est pas nécessaire d'effectuer un tronconnage de la pièce 20 en deux demi-pièces. On accouple alors deux pièces complètes 20a et 20b, comme indiqué sur la Figure 6. Le coupleur est réalisé par mise en butée des faces de référence 9 des deux pièces 20a et 20b 1257~394 g sur des butées 34 et 35 dont la distance f est égale 3 la longueur théorique de chac~m~e des pièces 20a et 20b, à une tolérance de fabrication près. La réalisation de cou-pleurs satisfaisants implique évidemment une bonne précision et une bonne reproductibilité sur la cote f.
Le coupleur optique ainsi constitué devra être placé
dans un boîtier. Les figures 7A et 7B montrent une consti-tution possible de boitier destiné à un collpleur à deux branches. Ce boitier comprend un corps 19 et un couvercle 0 36. Le bo;tier doit appliquer les deux faces sciées des tronçons de fibre l'une contre l'autre. Dans le cas illustré
en Figure 7B, cette pression est assurée en placant la demi-pièce 14 en appui sur des pions de référence 37 et en interposant un élément élastique 38, schématisé par un ressort sur la Figure 7B, entre la demi-pièce 13 et le corps du boitier. On pourrait également, dans de nombreux cas, prévoir un élément rigide de pression. Un dispositif similaire doit être prévu pour presser les demi-pièces 13 et 14 sur une face du boîtier pour réaliser le posi-tionnement longitudinal : sur la Figure 7B, le dispositifest similaire au précédent. Il comprend des pions d'appui des demi-pièces 13 et 14 et des ~léments élastiques 39, schématisés par des ressorts. F.nfin, les demi-pièces sont appliquées sur le fond du corDs 19, muni de pions définis-sant une surface de référence par un dispositif élastiqueinterposé entre ces demi-pièces et le couvercle 36, schématisés sur la Figure 7A par des ressorts 40.
On réalise ainsi le positionnement latéral des deux faces sciées des fibres à coupler. Ces dispositifs et le boftier peuvent être de constitution simple, les élé-ments élastiques étant des ressorts et le boîtier étant en plastique moulé.
Au coupleur montré en Figures 7 peut être intégré
un dispositif de branchement de ligne optique, ce qui 35 évite d'avoir 3 effectuer en séquence la réalisation d'une branche de sortie, puis la connexion, donc améliore le gain par suppression d'un point de connexion et réduit le coût.
Dans le cas illustré en Figure 8, le dispositif d'accouple-ment de la ligne optique comprend une demi-sphère 44 l o 125799~
percée d'un trou 41 de réception d'embout de connecteur 42, demi-sphère qui assure le centrage de l'embout de connecteur par appui de sphère sur cône 43. L'accouplement peut être réalisé de fa~on simple, par exemple par verrouil-lage à baïonnette ou vissage. La demi-sphère 44 est intégrée, par exemple en la collant sur la face avant du dispositif, constitué par les faces de sciage 15 et 16 (Figure 8). La fixation peut se faire sur un montage permettant un fonc-tionnement automatique, la sortie du coupleur (Figure 7) étant éclairée pendant que la sphère est ajustée pour que son centre ne s'écarte pas de plus de quelques microns du centre de la surface du coupleur. On peut ainsi optimiser Ie couplage si on le souhaite et faire varier à volonté le rendement du couplage dans l'une ou l'autre branche du cou-pleur par simple décalage de la position de la demi-sphère.
Le positionnement peut être effectué simplement par des dispositifs bien connus, tels que microscope ou lunette autocolimatrice.
L'intégration d'un dispositif d'accouplement peut s'effectuer à l'aide de dispositifs très variés, et non pas seulement à l'aide de celui de la Figure 8. En fait, on pourra adapter le coupleur suivant l'invention à tous les connecteurs classiquement adoptés, sous la seule réserve que soit interposé un dispositif de référence capable de rece-voir l'embout du connecteur et que soit prévu un système decentrage autorisant l'ajustement des performances du cou-pleur.
Dans la variante de réalisation montrée en Figure 9, le bo~tier est prévu pour recevoir deux éléments opto-électroniques 45 et 46 dont le positionnement précis est ren-du possible grâce à la présence des éléments de centrage 11 et 12. On obtient ainsi un produit ayant une sortie optique et deux sorties électriques, qui peut aisément être intégré
à une ligne complète de transmission par fibre optique.
On peut ainsi réaliser des coupleurs économiques, d'emploi quasi-universel, de faible encombrement puisque l'~paisseur variera typiquement entre 2 et lO mm. Les 12S7~39~
"
rayons de courbure habituels de la rainure, compris entre 30 et 120 mm pour de la fibre 50/125 ~m, pourront également être réalisés facilement avec la précision requise. Les mises en forme étant toutes effectuées par sciage, elles sont réa-5 lis~es beaucoup plus économiquement que par polissage, sansles déformations que provoque la pression de polissage ; la rugosité résiduelle est compensée par le liquide d'adaptation d'indice.
. , .
Une optimisation conduit à adopter~ pour une fibre de 125~m de diamètre extérieur, un vé ayant une hauteur de 200~,m et un angle d'environ 9O.
L'emplacement de la rainure 2 doit être défini avec ~25799 précision Dar rapport à plusieurs surfaces (ou jeux de surfaces) de r~F~rence Drevues sur 1~ pièce 20, afin de permettre l'utilisation ultérieure de la pi~ce 1ans un dispositif de coupla~.
Le moulage permet d'arriver à une précision de l'ordre de l ~m.
Une première surface de référence 3, dont le rôle est essentiel, est prévue perpendiculairement aux deux plans de symétrie et à proximité de la zone centrale de la rai-nure. Cette proximité et l'utilisation d'une résine à
faible retrait permettent de fractionner la pièce et la 0 fibre en deux moitiés par sciage avec une grande précision.
Pratiquement, I'emplacement de la fibre 21 par rapport à
la surface de la pièce sera reproductible au micron près.
Une seconde surface plane de référence 4, 3 I'opposé
de la face de travail 22, constitue le fond de la pièce.
Elle permet de donner à la pièce 20 une orientation correcte dans un montage de sciage comprenant un socle 24, comme on le verra plus loin (Figures 2 3 4). Elle doit être parallèle à la surface 3 mais leur écartement b n'a pas besoin d'être maintenu avec une précision élevée.
Une surface plane latérale S, qui peut se réduire 3 trois plots d'appui 6, 7 et 8 sur chaque demi-pièce, doit être parall~le au plan longitudinal de symétrie et située 3 une distance c de ce dernier. Une bonne précision sur c est obtenue sans difficulté par moulage, du fait de la faible valeur de c, comparée à b. On verra que cette précision est nécessaire pour réaliser un dispositif de couplage à deux branches vers deux, qui implique d'accoupler deux pièces 20 placées en regard. Dans le cas d'un dispositif 3 deux bran-ches, utilisant les deux moitiés d'une pièce tronçonnée dans le plan transversal de symétrie, la planéité de la surface 5 suffit au contraire à assurer une mise en place satisfai-sante.
Enfin, deux surfaces planes 9 et lû de la pièce, symétriques et perpendiculaires aux surfaces 4 et 5, per-mettent de définir le plan de symétrie transversal dans lequel doit être sciée la pièce 20 pour constituer un dis-positif de couplage à deux branches. Elles peuvent etre complétées par des pans obliques munis de cavités ll et 125799~
12 obtenues lors du moulage e~ destinées à servir de référence de mise en place de composants optoélectroniques.
Du fait de la faible distance entre la rainure en vé 2 et les cavités, leur position relative est reproductible avec précision. Les deux surfaces 9 et 10, perpendiculaires aux surfaces 5 et 4, sont utilisées dans le montage de sciage pour effectuer un sciage centré au milieu de la pièce. Ce sciage,représenté par les axes yy' et zz',est effectué par enlèvement d'une quantité minimum de matière correspondant à l'épaisseur d'un disque abrasif, dont l'épaisseur e pourra être de 0,2 mm. Une précision de quelques centièmes de milli-mètre sur l'emplacement de la coupe est suffisante : elle correspond donc à des techniques de moulage et d'usinage traditionnelles.
On verra que les cavités 11 et 12, dont la production par moulage assure une position déterminée par rapport à la rainure en vé 2 et donc par rapport à la fibre, servent de référence pour insérer, avec une précision suffisante pour obtenir un couplage correct, des composants optoélectroniques tels que, par exemple, une diode électroluminescente et une photodiode. Les surfaces mises en jeu dans de tels composants ne nécessitent pas, pour obtenir un couplage suffisant pour des applications de transmission à bas débit numérique, des précisions draconiennes. Des précisions de l'ordre de quelques ~m, voire de quelques 1/100 de mm, sont suffisantes.
Au stade industriel de fabrication de tels composants, il est relativement aisé de centrer la partie active du compo-sant par rapport à un dispositif de référence qui viendra s'adapter à la cavité réceptrice du dispositif objet de I'invention.
Les cavités 11 et 12 peuvent également être utilisées, lors du sciage, pour préparer les faces d'extrémité des fibres dans un plan perpendiculaire à l'axe de celles-ci (plan AB et plan CD sur la Figure 1).
Les opérations à effectuer sur la pièce 20 pour mettre en oeuvre l'invention seront différentes suivant le type de couplage à réaliser. Dans le cas le plus complexe, ces opérations comporteront :
- un enlèvement de matière dans la pièce 20 et la .
.
.
. . : .
fibre préalablement fixae su~ celle-ci, jusqu'à un plan longitudinal, à une cote prédéterminée par rapport à la surface de référence 3, - un sciage des faces d'extrémité des tronSons de fibre, - un sciage de la pièce moulée 20 pour en constituer deux demi-pièces.
L'opération d'abrasion est schématisée en Figure 2.
L'abrasion s'effectue à une cote précise d sans difficulté
à l'aide d'un disque tournant 3 grande vitesse. Une touche 26 prenant appui sur la surface de référence 3 et solidaire du bâti supportant le disque permet d'assurer la précision nécessaire. L'état de surface obtenu est proche de celui d'un polissage. Pour obtenir des caractéristiques complète-ment équivalentes à celles d'une face polie mécaniquement, on introduira un liquide,d'indice supérieur à celui du matériau constitutif de la fibre (silice en général), entre IQS tronçons de fibre en contact. Ce liquide d'adaptation d'indice pourra notamment atre une graisse, une colle ou une huile au silicone.
Le sciage de la fibre 21 pour réaliser deux tronçons ayant des faces d'extrémité acceptables peut s'effectuer sur un montage du genre montré en Figure 3. La fibre 21 est d'abord plaquée au fond de la rainure en vé 2 à l'aide d'un système appliquant une tension de quelques dizaines de grammes. Dans le mode de réalisation illustré, ce système comporte deux poulies 27 de renvoi de fils de traction.
Il faut remarquer au passage que la fibre 21 peut être, soit dégainée, soit même revêtue d'un revêtement de quelques microns d'épaisseur, dans la mesure où celui-ci est bien concentrique à la fibre. Or, on sait parfaitement réaliser des fibres revêtues dans de telles conditions en longueur limitée à quelques centaines de mètres, ce qui est suffisant pour constituer un grand nombre de coupleurs. En clair, il est possible de travailler à partir de fibres gainées, ce qui représente un gros avantage darls la fabrication industrielle ; automatisée, la fibre n'étant pas fragilisée par dégainage, et pouvant avoir une durée de vie garantie.
L'encollage de la fibre 21 dans la rainure en vé
2 sera avantageusement réalisé à l'aide de la même résine ... ~ . . ...... . -. -............ ~ , .
. .
i2s79g~
que la résine de fabrication de la pièce 20, ce qui donne une liaison étroite entre les matériaux. Cette résine, de grande dureté et de faible retrait, se~a non chargée, alors que la pièce est chargée, par exemple par des microbilles de silice. Pour avoir un rendement industriel suffisant, on adoptera une résine poly-mérisant en un temps bref, typiquement 1 à 4 minutes. Natu-rellement, plusieurs montages du genre illustré en Figure 3 peuvent être placés en parallèle, pour augmenter le rende-ment. Le remplissage en colle doit être suffisant pour atteindre les extrémités de la résine en vé, comme indiqué en 28 sur la figure 3, et déborder de la rainure dans la partie centrale, comme indiqué en 29.
- Le sciage de la pièce et de la fibre pourra être effectué sur une machine automatique (FR-A-~l 237~1), avec des gaba-rits de réception de la pièce. Les plans de sciage ou d'abrasion 30 pourront être parfaitement déterminés dans le montage grâce à des touches ou butées schématisées en 31, 32 et 33 sur les Figures 4A et 4B, s'ajoutant à la touche 26 déjà montrée en Figure 2.
Une fois les sciages effectués, on peut constituer un coùpleur à deux branches par mise en vis-à-vis des deux demi-pièces 13 et 14, comme montré en Figures 5A et 5B.
Du fait que les deux demi-pièces ont été obtenues par sciage transversal dlùne même pièce et que le couplage s'effectue en retournant les deux demi-pièces sur leur plan de réfé-rence, on met automatiquement les deux tronçons de fibre 21a et 21b en vis~à-vis : la cote c est garantie par un simple parallélisme de la rainure en vé et de la surface de référence. Llajustement longitudinal , dont llinfluence sur llefficacité du coupleur est limitée, est simplement réalisé
par mise en but~e des deux faces sciées 15 et 16 contre un même plan 17 (Figure SA).
Lorsqu'on souhaite réaliser un coupleur à deux branches vers deux, il n'est pas nécessaire d'effectuer un tronconnage de la pièce 20 en deux demi-pièces. On accouple alors deux pièces complètes 20a et 20b, comme indiqué sur la Figure 6. Le coupleur est réalisé par mise en butée des faces de référence 9 des deux pièces 20a et 20b 1257~394 g sur des butées 34 et 35 dont la distance f est égale 3 la longueur théorique de chac~m~e des pièces 20a et 20b, à une tolérance de fabrication près. La réalisation de cou-pleurs satisfaisants implique évidemment une bonne précision et une bonne reproductibilité sur la cote f.
Le coupleur optique ainsi constitué devra être placé
dans un boîtier. Les figures 7A et 7B montrent une consti-tution possible de boitier destiné à un collpleur à deux branches. Ce boitier comprend un corps 19 et un couvercle 0 36. Le bo;tier doit appliquer les deux faces sciées des tronçons de fibre l'une contre l'autre. Dans le cas illustré
en Figure 7B, cette pression est assurée en placant la demi-pièce 14 en appui sur des pions de référence 37 et en interposant un élément élastique 38, schématisé par un ressort sur la Figure 7B, entre la demi-pièce 13 et le corps du boitier. On pourrait également, dans de nombreux cas, prévoir un élément rigide de pression. Un dispositif similaire doit être prévu pour presser les demi-pièces 13 et 14 sur une face du boîtier pour réaliser le posi-tionnement longitudinal : sur la Figure 7B, le dispositifest similaire au précédent. Il comprend des pions d'appui des demi-pièces 13 et 14 et des ~léments élastiques 39, schématisés par des ressorts. F.nfin, les demi-pièces sont appliquées sur le fond du corDs 19, muni de pions définis-sant une surface de référence par un dispositif élastiqueinterposé entre ces demi-pièces et le couvercle 36, schématisés sur la Figure 7A par des ressorts 40.
On réalise ainsi le positionnement latéral des deux faces sciées des fibres à coupler. Ces dispositifs et le boftier peuvent être de constitution simple, les élé-ments élastiques étant des ressorts et le boîtier étant en plastique moulé.
Au coupleur montré en Figures 7 peut être intégré
un dispositif de branchement de ligne optique, ce qui 35 évite d'avoir 3 effectuer en séquence la réalisation d'une branche de sortie, puis la connexion, donc améliore le gain par suppression d'un point de connexion et réduit le coût.
Dans le cas illustré en Figure 8, le dispositif d'accouple-ment de la ligne optique comprend une demi-sphère 44 l o 125799~
percée d'un trou 41 de réception d'embout de connecteur 42, demi-sphère qui assure le centrage de l'embout de connecteur par appui de sphère sur cône 43. L'accouplement peut être réalisé de fa~on simple, par exemple par verrouil-lage à baïonnette ou vissage. La demi-sphère 44 est intégrée, par exemple en la collant sur la face avant du dispositif, constitué par les faces de sciage 15 et 16 (Figure 8). La fixation peut se faire sur un montage permettant un fonc-tionnement automatique, la sortie du coupleur (Figure 7) étant éclairée pendant que la sphère est ajustée pour que son centre ne s'écarte pas de plus de quelques microns du centre de la surface du coupleur. On peut ainsi optimiser Ie couplage si on le souhaite et faire varier à volonté le rendement du couplage dans l'une ou l'autre branche du cou-pleur par simple décalage de la position de la demi-sphère.
Le positionnement peut être effectué simplement par des dispositifs bien connus, tels que microscope ou lunette autocolimatrice.
L'intégration d'un dispositif d'accouplement peut s'effectuer à l'aide de dispositifs très variés, et non pas seulement à l'aide de celui de la Figure 8. En fait, on pourra adapter le coupleur suivant l'invention à tous les connecteurs classiquement adoptés, sous la seule réserve que soit interposé un dispositif de référence capable de rece-voir l'embout du connecteur et que soit prévu un système decentrage autorisant l'ajustement des performances du cou-pleur.
Dans la variante de réalisation montrée en Figure 9, le bo~tier est prévu pour recevoir deux éléments opto-électroniques 45 et 46 dont le positionnement précis est ren-du possible grâce à la présence des éléments de centrage 11 et 12. On obtient ainsi un produit ayant une sortie optique et deux sorties électriques, qui peut aisément être intégré
à une ligne complète de transmission par fibre optique.
On peut ainsi réaliser des coupleurs économiques, d'emploi quasi-universel, de faible encombrement puisque l'~paisseur variera typiquement entre 2 et lO mm. Les 12S7~39~
"
rayons de courbure habituels de la rainure, compris entre 30 et 120 mm pour de la fibre 50/125 ~m, pourront également être réalisés facilement avec la précision requise. Les mises en forme étant toutes effectuées par sciage, elles sont réa-5 lis~es beaucoup plus économiquement que par polissage, sansles déformations que provoque la pression de polissage ; la rugosité résiduelle est compensée par le liquide d'adaptation d'indice.
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Claims (10)
1. Pièce monobloc de réception de fibre optique pour dispositif de couplage, comportant une rainure convexe de réception de fibre ménagée dans une première face de la pièce, dans un premier plan de symétrie, ladite pièce comportant au moins une surface de référence parallèle au premier plan de symétrie et une seconde surface de référence plane, non-coplanaire avec la première face, perpendiculaire au premier plan de symétrie et à un second plan de symétrie orthogonal au premier, traversant le second plan de symétrie, d'aire très inférieure à celle de la première face de la pièce et située à proximité de la rainure , les surfaces de référence étant susceptibles d'être obtenues par moulage direct de la pièce.
2. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce que la seconde surface de référence est constituée par la surface d'une encoche prévue dans la première surface de la pièce, à proximité de la zone centrale de la rainure.
3. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce que la rainure a un profil en V permettant une localisation précise de la fibre.
4. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte deux faces de référence supplé-mentaires symétriques l'une de l'autre par rapport au second plan de symétrie, transversal à la rainure.
5. Pièce selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdites faces de référence sont munies d'éléments de référence symétriques venus de moulage, permettant de fixer des composants optoélectroniques.
6. Pièce selon l'une quelconque des revendica-tions 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle est en résine à
faible retrait chargée en silice.
faible retrait chargée en silice.
7. Procédé de réalisation d'un dispositif de couplage, suivant lequel :
- on fixe une fibre optique dans une rainure convexe d'une pièce de réception, ladite rainure étant ménagée dans une première face de la pièce, dans un premier plan de symétrie et ladite pièce comportant une surface de référence dressée parallèle au premier plan de symétrie ainsi qu'une seconde surface de référence perpendiculaire au premier plan de symétrie et à un second plan de symétrie orthogonal au premier, située à
proximité de la rainure, les surfaces de référence étant venues de moulage ;
- on scie la pièce et la fibre dans un plan parallèle à la seconde surface de référence ;
- on coupe la pièce par sciage en deux moitiés suivant le second plan de symétrie ; et - on accole les deux demi-pièces pour mettre les tronçons de fibre en vis-à-vis.
- on fixe une fibre optique dans une rainure convexe d'une pièce de réception, ladite rainure étant ménagée dans une première face de la pièce, dans un premier plan de symétrie et ladite pièce comportant une surface de référence dressée parallèle au premier plan de symétrie ainsi qu'une seconde surface de référence perpendiculaire au premier plan de symétrie et à un second plan de symétrie orthogonal au premier, située à
proximité de la rainure, les surfaces de référence étant venues de moulage ;
- on scie la pièce et la fibre dans un plan parallèle à la seconde surface de référence ;
- on coupe la pièce par sciage en deux moitiés suivant le second plan de symétrie ; et - on accole les deux demi-pièces pour mettre les tronçons de fibre en vis-à-vis.
8. Procédé de réalisation d'un dispositif de couplage, suivant lequel :
- on fixe une fibre optique dans une rainure convexe d'une pièce de réception, ladite rainure étant ménagée dans une première face de la pièce, dans un premier plan de symétrie et ladite pièce comportant une surface de référence dressée parallèle au premier plan de symétrie ainsi qu'une seconde surface de référence perpendiculaire au premier plan de symétrie et à un second plan de symétrie orthogonal au premier, située à
proximité de la rainure, les surfaces de référence étant venues de moulage ;
- on arase la pièce et la fibre jusqu'à un plan parallèle à la seconde surface de référence ; et - on accouple ladite pièce à une seconde pièce identique.
- on fixe une fibre optique dans une rainure convexe d'une pièce de réception, ladite rainure étant ménagée dans une première face de la pièce, dans un premier plan de symétrie et ladite pièce comportant une surface de référence dressée parallèle au premier plan de symétrie ainsi qu'une seconde surface de référence perpendiculaire au premier plan de symétrie et à un second plan de symétrie orthogonal au premier, située à
proximité de la rainure, les surfaces de référence étant venues de moulage ;
- on arase la pièce et la fibre jusqu'à un plan parallèle à la seconde surface de référence ; et - on accouple ladite pièce à une seconde pièce identique.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, carac-térisé en ce qu'on encolle la fibre optique dans la rai-nure à l'aide d'une résine de liaison et on introduit, entre les tronçons de fibre, un liquide ayant un indice supérieur à celui de l'âme de la fibre lors de l'accouplement.
10. Procédé selon la revendication 7 ou 8, ca-ractérisé en ce qu'on met en place la pièce ou les pièces dans un boîtier muni de moyens d'appui sur au moins la première surface de référence de la pièce ou des pièces contre des moyens de butée assurant un positionnement précis.
Applications Claiming Priority (2)
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| FR8303874A FR2542457B1 (fr) | 1983-03-09 | 1983-03-09 | Piece de reception a fibre optique pour dispositif de couplage et procede de realisation d'un tel dispositif |
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| CA000449210A Expired CA1257994A (fr) | 1983-03-09 | 1984-03-09 | Piece de reception a fibre optique pour dispositif de couplage et procede de realisation d'un tel dispositif |
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| US4493528A (en) * | 1980-04-11 | 1985-01-15 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Fiber optic directional coupler |
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1984
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